JP2005139984A - NOx GENERATION AMOUNT ESTIMATING METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
NOx GENERATION AMOUNT ESTIMATING METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005139984A JP2005139984A JP2003376459A JP2003376459A JP2005139984A JP 2005139984 A JP2005139984 A JP 2005139984A JP 2003376459 A JP2003376459 A JP 2003376459A JP 2003376459 A JP2003376459 A JP 2003376459A JP 2005139984 A JP2005139984 A JP 2005139984A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nox
- combustion
- amount
- fuel injection
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
- F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
- F02D41/1462—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine with determination means using an estimation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
- F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
- F02D35/026—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures using an estimation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
- F02D41/047—Taking into account fuel evaporation or wall wetting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/144—Sensor in intake manifold
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
- F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
- F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室内にて燃料と空気を含む混合気の燃焼により発生する燃焼発生NOx量を推定するNOx発生量推定方法に関する。 The present invention relates to a NOx generation amount estimation method for estimating a combustion generation NOx amount generated by combustion of an air-fuel mixture containing fuel and air in a combustion chamber of an internal combustion engine.
火花点火式内燃機関、ディーゼル機関等の内燃機関においては、排気通路から外部へ排出される排ガス中のNOx量(以下、「NOx排出量」と云うこともある。)を低減する必要があり、そのためには、燃焼室内にて(噴射により霧化した)燃料と空気を含む混合気の燃焼により発生する燃焼発生NOx量を低減する必要がある。この燃焼発生NOx量を低減するためには、例えば、EGR装置により還流されるEGRガス量を増大させること、或いは、燃料噴射時期を遅らせること等により最高火炎温度(最高燃焼温度)を低下させることが有効である。 In an internal combustion engine such as a spark ignition internal combustion engine or a diesel engine, it is necessary to reduce the amount of NOx in exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside (hereinafter also referred to as “NOx emission amount”). For this purpose, it is necessary to reduce the amount of combustion-generated NOx generated by combustion of a mixture containing fuel and air (atomized by injection) in the combustion chamber. In order to reduce the amount of combustion-generated NOx, for example, the maximum flame temperature (maximum combustion temperature) is decreased by increasing the amount of EGR gas recirculated by the EGR device or delaying the fuel injection timing. Is effective.
しかしながら、一方では、燃焼発生NOx量を低減するためにEGRガス量を増大させていくと(ディーゼル機関において)微粒子状物質(パティキュレート・マター、PM)の発生量が増大していくというトレードオフがあり、また、燃焼発生NOx量を低減するために燃料噴射時期を遅らせていくと燃費が悪化していくというトレードオフがあることが知られている。 On the other hand, however, the trade-off is that the amount of particulate matter (particulate matter, PM) increases when the amount of EGR gas is increased to reduce the amount of combustion-generated NOx (in diesel engines). In addition, it is known that there is a trade-off that if the fuel injection timing is delayed in order to reduce the amount of combustion-generated NOx, the fuel consumption deteriorates.
従って、PM排出量の増大の抑制、燃費の悪化の抑制等を考慮した上で燃焼発生NOx量を出来る限り低減するためには、同燃焼発生NOx量を機関の運転状態に応じた所定の目標値に制御することが好ましい。他方、燃焼発生NOx量を実測することは非常に困難である。よって、燃焼発生NOx量を所定の目標値に精度良く制御するためには同燃焼発生NOx量を精度良く推定する必要がある。 Therefore, in order to reduce the amount of combustion generated NOx as much as possible in consideration of suppression of increase in PM emission amount, suppression of deterioration of fuel consumption, etc., the amount of combustion generated NOx is set to a predetermined target according to the operating state of the engine. It is preferable to control the value. On the other hand, it is very difficult to actually measure the amount of combustion generated NOx. Therefore, in order to accurately control the combustion generated NOx amount to a predetermined target value, it is necessary to accurately estimate the combustion generated NOx amount.
このため、下記特許文献1に記載の内燃機関の制御装置は、燃焼圧力、及び吸気酸素濃度を、筒内圧力センサ、及び吸気酸素濃度センサによりそれぞれ検出するとともに、これらに基づいて算出した燃焼温度、及び混合気濃度とに基づいて、代表的な公知の燃焼モデルの一つである拡大ゼルドビッチ(ZELDOVICH)機構を用いて上記燃焼発生NOx量を推定する。そして、推定された燃焼発生NOx量が所定の目標値になるようにEGRガス量、或いは燃料噴射時期等を制御するようになっている。
ところで、燃焼室内にて混合気の燃焼により発生する実際の燃焼発生NOx量は、例えば、機関に与えられている負荷(駆動トルク)、燃焼前の混合気を構成している燃料の霧化の程度等、のような混合気の周辺状態量に大きく依存する。しかしながら、上記従来の装置においては、上記燃焼発生NOx量を推定するにあたり、係る混合気の周辺状態量に対する考慮が全くなされていない。従って、上記燃焼発生NOx量を精度良く推定することができず、この結果、上記(実際の)燃焼発生NOx量を所定の目標値に精度良く制御することができないという問題があった。 By the way, the actual amount of NOx generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber is, for example, the load (driving torque) applied to the engine and the atomization of the fuel constituting the air-fuel mixture before combustion. It depends greatly on the ambient state quantity of the air-fuel mixture, such as the degree. However, in the conventional apparatus, no consideration is given to the ambient state quantity of the air-fuel mixture in estimating the combustion-generated NOx quantity. Accordingly, the combustion-generated NOx amount cannot be estimated with high accuracy, and as a result, there is a problem that the (actual) combustion-generated NOx amount cannot be accurately controlled to a predetermined target value.
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の燃焼室内にて燃料と空気を含む混合気の燃焼により発生する燃焼発生NOx量を、同混合気の周辺状態量を考慮して精度良く推定することができるNOx発生量推定方法を提供することにある。 The present invention has been made to cope with such a problem, and an object of the present invention is to reduce the amount of combustion-generated NOx generated by combustion of a mixture containing fuel and air in a combustion chamber of an internal combustion engine. It is an object to provide a NOx generation amount estimation method capable of estimating with high accuracy in consideration of the surrounding state amount.
本発明による内燃機関のNOx発生量推定方法は、上記燃焼発生NOx量を、同燃焼発生NOx量に影響を与える、前記混合気の周辺状態量に基づいて推定する方法である。これによれば、上記燃焼発生NOx量に影響を与える混合気の周辺状態量が考慮されて同燃焼発生NOx量が推定され得るから、同燃焼発生NOx量が精度良く推定され得る。 The internal combustion engine NOx generation amount estimation method according to the present invention is a method of estimating the combustion generation NOx amount based on the ambient state amount of the air-fuel mixture that affects the combustion generation NOx amount. According to this, the amount of combustion generated NOx can be estimated in consideration of the ambient state amount of the air-fuel mixture that affects the amount of combustion generated NOx, and thus the amount of combustion generated NOx can be estimated with high accuracy.
この場合、前記周辺状態量としての、前記機関に与えられる負荷の程度を表す負荷指標値に少なくとも基づいて前記燃焼発生NOx量を推定することが好適である。ここにおいて、前記負荷指標値は前記機関に与えられる負荷の程度を表す値であって、例えば、(一作動サイクルあたりの)燃料噴射量、機関の駆動トルク、燃焼室の内壁面の温度等である。 In this case, it is preferable to estimate the combustion-generated NOx amount based at least on a load index value representing the degree of load applied to the engine as the peripheral state amount. Here, the load index value is a value representing the degree of load applied to the engine, and is, for example, a fuel injection amount (per operation cycle), an engine driving torque, a temperature of an inner wall surface of the combustion chamber, and the like. is there.
機関に与えられる負荷が大きくなるほど、同負荷に対抗するため燃焼室内においてより多くの爆発エネルギーを発生させる必要がある。この結果、燃焼室の内壁面温度が上昇し、同内壁面からの輻射熱により燃焼前の混合気が加熱され易くなる。従って、機関に与えられる負荷が大きくなるほど、上記最高火炎温度(最高燃焼温度)が高くなって燃焼発生NOx量が増加する。 The greater the load applied to the engine, the more explosive energy needs to be generated in the combustion chamber to counter the load. As a result, the temperature of the inner wall surface of the combustion chamber rises, and the air-fuel mixture before combustion is easily heated by the radiant heat from the inner wall surface. Therefore, as the load applied to the engine increases, the maximum flame temperature (maximum combustion temperature) increases and the amount of combustion-generated NOx increases.
従って、上記のように、少なくとも前記負荷指標値に基づいて燃焼発生NOx量を推定することにより、例えば、同負荷指標値が表す負荷が大きくなるほど燃焼発生NOx量がより大きい値になるように推定され得、この結果、同燃焼発生NOx量が精度良く推定され得る。 Therefore, as described above, by estimating the combustion generated NOx amount based on at least the load index value, for example, the larger the load represented by the load index value, the larger the combustion generated NOx amount is estimated. As a result, the combustion-generated NOx amount can be accurately estimated.
また、上記本発明によるNOx発生量推定方法においては、前記周辺状態量としての、前記燃焼室内の(噴射された)燃料の霧化の程度を表す霧化指標値に少なくとも基づいて前記燃焼発生NOx量を推定することが好適である。ここにおいて、前記霧化指標値は燃焼室内の燃料の霧化の程度を表す値であって、例えば、燃料の噴射圧力、スワール比、燃焼が発生する領域における空気過剰率等である。 In the NOx generation amount estimation method according to the present invention, the combustion generation NOx is based on at least the atomization index value representing the degree of atomization of (injected) fuel in the combustion chamber as the peripheral state quantity. It is preferred to estimate the quantity. Here, the atomization index value is a value representing the degree of atomization of fuel in the combustion chamber, and is, for example, fuel injection pressure, swirl ratio, excess air ratio in a region where combustion occurs, and the like.
噴射された燃料の霧化の程度が大きくなるほど、同噴射された燃料の量に対する同燃料と混ざり合って混合気となる空気量の割合が多くなる。従って、噴射された燃料の霧化の程度が大きくなるほど、混合気が占める領域(即ち、燃焼が発生する領域(燃焼領域))における空気過剰率が大きくなって燃焼発生NOx量が増加する。従って、上記のように、少なくとも前記霧化指標値に基づいて燃焼発生NOx量を推定することにより、例えば、同霧化指標値が表す霧化の程度が大きくなるほど燃焼発生NOx量がより大きい値になるように推定され得、この結果、同燃焼発生NOx量が精度良く推定され得る。 The greater the degree of atomization of the injected fuel, the greater the proportion of the amount of air that mixes with the same amount of fuel and becomes the mixture. Therefore, as the degree of atomization of the injected fuel increases, the excess air ratio in the region occupied by the air-fuel mixture (that is, the region where combustion occurs (combustion region)) increases, and the amount of combustion-generated NOx increases. Therefore, as described above, by estimating the amount of combustion generated NOx based on at least the atomization index value, for example, the larger the degree of atomization represented by the atomization index value, the larger the value of combustion generated NOx. As a result, the amount of combustion-generated NOx can be estimated with high accuracy.
また、上記本発明による内燃機関のNOx発生量推定方法を利用して同内燃機関の排気通路から外部へ排出される排ガス中のNOx量(以下、「NOx排出量」と称呼する。)を推定する本発明による内燃機関のNOx排出量推定方法は、上述の燃焼が発生する領域である燃焼領域を推定し、上記本発明によるNOx発生量推定方法により前記燃焼領域内にて前記混合気の燃焼により発生する前記燃焼発生NOx量を推定し、前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるNOx量を推定するとともに、前記燃焼発生NOx量と、前記非燃焼領域内におけるNOx量とに基づいて、前記NOx排出量を推定する方法である。 Further, the NOx generation amount estimation method for the internal combustion engine according to the present invention is used to estimate the NOx amount in the exhaust gas discharged to the outside from the exhaust passage of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “NOx emission amount”). The method of estimating the NOx emission amount of the internal combustion engine according to the present invention estimates the combustion region where the above-mentioned combustion occurs, and the combustion of the air-fuel mixture in the combustion region by the NOx generation amount estimation method according to the present invention. The NOx amount generated by the combustion is estimated, the NOx amount in the non-combustion region that is the region excluding the combustion region in the combustion chamber is estimated, and the NOx amount generated in the combustion and the non-combustion region This is a method for estimating the NOx emission amount based on the NOx amount.
排気通路を流れる排ガスの一部を吸気通路へ還流せしめるEGR装置を備えた内燃機関においては、EGR装置を介してEGRガス中のNOxが燃焼室内に還流してくる。加えて、上記燃焼発生NOx量は、燃焼室の一部であって燃焼が発生する領域(即ち、上記燃焼領域)内において発生するNOxの量である。従って、燃焼室内における燃焼領域を除いた領域(以下、「非燃焼領域」と称呼する。)においては燃焼後においても前記還流されてきたNOxが残存しているから、排気通路から外部へ排出される排ガス中のNOx量を精度良く推定するためには、上記燃焼発生NOx量のみならず、前記「非燃焼領域内に残存しているNOx量」をも考慮することが必要である。 In an internal combustion engine equipped with an EGR device that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage to the intake passage, NOx in the EGR gas returns to the combustion chamber via the EGR device. In addition, the combustion-generated NOx amount is the amount of NOx generated within a combustion chamber that is a part of the combustion chamber (that is, the combustion region). Therefore, in the region excluding the combustion region in the combustion chamber (hereinafter referred to as “non-combustion region”), the NOx that has been recirculated remains even after combustion, and is thus discharged outside from the exhaust passage. In order to accurately estimate the NOx amount in the exhaust gas, it is necessary to consider not only the combustion-generated NOx amount but also the “NOx amount remaining in the non-combustion region”.
以上の知見に基づき、上記のように、前記推定された燃焼領域内にて燃焼により発生する上記燃焼発生NOx量のみならず、(燃焼後における)非燃焼領域内におけるNOx量、従って、上述した「非燃焼領域内に残存しているNOx量」を考慮してNOx排出量を推定すると、NOx排出量を精度良く推定することができる。 Based on the above knowledge, as described above, not only the combustion-generated NOx amount generated by combustion in the estimated combustion region, but also the NOx amount in the non-combustion region (after combustion), and thus the above-mentioned If the NOx emission amount is estimated in consideration of the “NOx amount remaining in the non-combustion region”, the NOx emission amount can be estimated with high accuracy.
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関のNOx発生量推定方法、及びNOx排出量推定方法を実施する内燃機関(ディーゼル機関)の制御装置について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a control device for an internal combustion engine (diesel engine) that implements a NOx generation amount estimation method and a NOx emission amount estimation method for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、係る内燃機関の制御装置を4気筒内燃機関(ディーゼル機関)10に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体20、エンジン本体20の各気筒の燃焼室(筒内)にガスを導入するための吸気系統30、エンジン本体20からの排ガスを放出するための排気系統40、排気還流を行うためのEGR装置50、及び電気制御装置60を含んでいる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a whole system in which the control device for an internal combustion engine is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine) 10. This system includes an engine
エンジン本体20の各気筒の上部には燃料噴射弁(噴射弁、インジェクタ)21が配設されている。各燃料噴射弁21は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ22に燃料配管23を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ22は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、同電気制御装置60からの駆動信号(後述する(指令)基本燃料噴射圧力Pcrbaseに応じた指令信号)により燃料の実際の噴射圧力(吐出圧力)が同指令基本燃料噴射圧力Pcrbaseになるように同燃料を昇圧するようになっている。
A fuel injection valve (injection valve, injector) 21 is disposed above each cylinder of the
これにより、燃料噴射弁21には、燃料噴射用ポンプ22から前記基本燃料噴射圧力Pcrbaseまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁21は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、同電気制御装置60からの駆動信号(後述する(指令)燃料噴射量qfinに応じた指令信号)により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記指令基本燃料噴射圧力Pcrbaseにまで昇圧された燃料を前記指令燃料噴射量qfinだけ直接噴射するようになっている。
Thereby, the
吸気系統30は、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド31、吸気マニホールド31の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド31とともに吸気通路を構成する吸気管32、吸気管32内に回動可能に保持されたスロットル弁33、電気制御装置60からの駆動信号に応答してスロットル弁33を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ33a、スロットル弁33の上流において吸気管32に順に介装されたインタクーラー34と過給機35のコンプレッサ35a、及び吸気管32の先端部に配設されたエアクリーナ36とを含んでいる。
The
排気系統40は、エンジン本体20の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド41、排気マニホールド41の下流側集合部に接続された排気管42、排気管42に配設された過給機35のタービン35b、及び排気管42に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPNR」と称呼する。)43を含んでいる。排気マニホールド41及び排気管42は排気通路を構成している。
The
DPNR43は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ43aを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。DPNR43は、担体としてのアルミナに、カリウムK,ナトリウムNa,リチウムLi,セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa,カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、及びランタンLa、イットリウムYのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、NOxを吸収した後に同吸収したNOxを放出して還元する吸蔵還元型NOx触媒としても機能するようになっている。
The DPNR 43 is a filter that includes a
EGR装置50は、排気ガスを還流させる通路(EGR通路)を構成する排気還流管51と、排気還流管51に介装されたEGR制御弁52と、EGRクーラー53とを備えている。排気還流管51はタービン35bの上流側排気通路(排気マニホールド41)とスロットル弁33の下流側吸気通路(吸気マニホールド31)を連通している。EGR制御弁52は電気制御装置60からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量(排気還流量、EGRガス流量)を変更し得るようになっている。
The EGR
電気制御装置60は、互いにバスで接続されたCPU61、CPU61が実行するプログラム、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、及び定数等を予め記憶したROM62、CPU61が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM63、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM64、並びにADコンバータを含むインターフェース65等からなるマイクロコンピュータである。
The
インターフェース65は、空気流量(新気流量)計測手段であって吸気管32に配置された熱線式エアフローメータ71、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ72、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ73、クランクポジションセンサ74、アクセル開度センサ75、及び、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサ76と接続されていて、これらのセンサからの信号をCPU61に供給するようになっている。また、インターフェース65は、燃料噴射弁21、燃料噴射用ポンプ22、スロットル弁アクチュエータ33a、及びEGR制御弁52と接続されていて、CPU61の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
The
熱線式エアフローメータ71は、吸気通路内を通過する吸入空気(新気)の質量流量(単位時間あたりの吸入新気量)を計測し、同質量流量Ga(吸入新気流量Ga)を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ72は、前述した吸気の温度を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ73は、吸気の圧力(即ち、吸気管圧力)を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
The hot-wire
クランクポジションセンサ74は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、クランク角度CAを表すとともにエンジン10の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ75は、アクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ76は、吸気中の酸素濃度(即ち、吸気酸素濃度)を検出し、同吸気酸素濃度RO2_inを表す信号を発生するようになっている。
The crank position sensor 74 detects the absolute crank angle of each cylinder and generates a signal that represents the crank angle CA and also represents the engine rotation speed NE that is the rotation speed of the
(NOx発生量推定方法の概要)
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置(以下、「本装置」と云うこともある。)による本発明の実施形態に係るNOx発生量推定方法の概要について説明する。図2は、機関10の或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールド31からガス(即ち、吸気)が吸入され、筒内に吸入されたガス(筒内ガス)が排気マニホールド41へ排出される様子を模式的に示した図である。
(Outline of NOx generation amount estimation method)
Next, the outline of the NOx generation amount estimation method according to the embodiment of the present invention by the internal combustion engine control apparatus (hereinafter also referred to as “the present apparatus”) configured as described above will be described. In FIG. 2, gas (that is, intake air) is sucked into the cylinder (cylinder) of one cylinder of the
図2に示したように、吸気(従って、筒内ガス)には、吸気管32の先端部からスロットル弁33を介して吸入された新気と、排気還流管51からEGR制御弁52を介して吸入されたNOxを含むEGRガスが含まれる。吸入される新気量(新気質量)と吸入されるEGRガス量(EGRガス質量)の和に対するEGRガス質量の割合(即ち、EGR率)は、運転状態に応じて電気制御装置60(CPU61)により適宜制御されるスロットル弁33の開度、及びEGR制御弁52の開度に応じて変化する。
As shown in FIG. 2, fresh air sucked from the front end portion of the
吸気(即ち、新気、及びNOxを含むEGRガスから構成されるガス)は、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って筒内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが下死点に達した時点(以下、「ATDC-180°」と称呼する。)で吸気弁Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。そして、ピストンが上死点近傍に達っすると(具体的には、後述する最終燃料噴射時期finjfinが到来すると)、本装置は、前記指令燃料噴射量qfinに応じた所定時間だけ燃料噴射弁21を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。この結果、噴射された燃料は、時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内において拡散していき、所定のタイミングにて自己着火が発生することに起因して燃焼する。
Intake (that is, gas composed of fresh air and EGR gas containing NOx) is sucked into the cylinder as the piston descends via the intake valve Vin opened in the intake stroke, and the cylinder gas It becomes. The in-cylinder gas is sealed in the cylinder by closing the intake valve Vin when the piston reaches bottom dead center (hereinafter referred to as “ATDC-180 °”). Compressed as the rise of. When the piston reaches the vicinity of the top dead center (specifically, when a final fuel injection timing finjfin, which will be described later, arrives), the present apparatus performs the
係る燃焼は、本実施例では、後述するように推定される燃焼領域(以下、「B領域」と云うこともある。図2を参照。)においてのみ発生し、燃焼室内におけるB領域を除いた領域である非燃焼領域(以下、「A領域」と云うこともある。図2を参照。)では発生しないと仮定する。そして、燃焼後に燃焼室内に存在する筒内ガスは、排ガスとなって、排気行程において開弁している排気弁Voutを介してピストンの上昇に伴って排気マニホールド41へ排出され、係る排ガスは、排気管42を介して外部へと排出されていく。
In this embodiment, such combustion occurs only in a combustion region estimated as described later (hereinafter also referred to as “B region”, see FIG. 2), and excludes the B region in the combustion chamber. It is assumed that it does not occur in the non-combustion region (hereinafter also referred to as “A region”, see FIG. 2). The in-cylinder gas existing in the combustion chamber after combustion becomes exhaust gas, and is discharged to the
以下、本装置が実施する具体的なNOx発生量推定方法について説明していく。このNOx発生量推定方法では、燃料が噴射される対象となる気筒(以下、「燃料噴射気筒」と称呼する。)について上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の爆発行程において上記B領域において燃焼により発生するB領域燃焼発生NOx量NOxBが推定されていく。 Hereinafter, a specific NOx generation amount estimation method performed by the present apparatus will be described. In this NOx generation amount estimation method, every time the final fuel injection timing finjfin arrives for a cylinder into which fuel is to be injected (hereinafter referred to as a “fuel injection cylinder”), the above-mentioned NOx generation amount estimation method The B region combustion generated NOx amount NOxB generated by combustion in the B region is estimated.
B領域燃焼発生NOx量NOxBは、単位燃料量あたりの燃焼発生NOx量(以下、「燃焼発生NOx率RNOx_burn」と称呼する。)に今回の指令燃料噴射量qfinc(=qfin)を乗じた値として、下記(1)式に従って求めることができる。 The B region combustion generated NOx amount NOxB is obtained by multiplying the combustion generated NOx amount per unit fuel amount (hereinafter referred to as “combustion generated NOx rate RNOx_burn”) by the current command fuel injection amount qfinc (= qfin). Can be determined according to the following equation (1).
NOxB=RNOx_burn・qfinc ・・・(1) NOxB = RNOx_burn ・ qfinc (1)
ここで、上記(1)式における燃焼発生NOx率RNOx_burnは下記(2)式にて推定される。 Here, the combustion-generated NOx rate RNOx_burn in the above equation (1) is estimated by the following equation (2).
RNOx_burn=eK0・(RO2c)K1・(qfinc)K2・(Pcrc)K3・e(K4/Tflame) ・・・(2) RNOx_burn = e K0・ (RO2c) K1・ (qfinc) K2・ (Pcrc) K3・ e (K4 / Tflame)・ ・ ・ (2)
上記(2)式において、eは自然対数の底である。RO2cは、吸気弁Vin閉弁時(即ち、ATDC-180°)において吸気酸素濃度センサ76により検出される吸気酸素濃度RO2_inである下死点時吸気酸素濃度である。qfincは上記(1)式と同様、今回の指令燃料噴射量(=qfin)である。Pcrcは今回の指令燃料噴射圧力(=Pcrbase)である。
In the above equation (2), e is the base of the natural logarithm. RO2c is the intake oxygen concentration at the bottom dead center that is the intake oxygen concentration RO2_in detected by the intake
また、上記(2)式において、Tflameは今回の爆発行程における最高火炎温度である。最高火炎温度Tflameは、混合気が燃焼を開始してから同燃焼を終了するまでの間における火炎温度のピーク値であって、エンジン回転速度NE、及び今回の指令燃料噴射量qfincを引数とする所定の関数に基づいて推定することができる。K0〜K4は代表的な公知の所定の重回帰分析に基づいて後述するように決定された適合定数である。 In the above equation (2), Tflame is the maximum flame temperature in the current explosion stroke. The maximum flame temperature Tflame is the peak value of the flame temperature between the start of combustion of the air-fuel mixture and the end of the combustion, with the engine speed NE and the current command fuel injection amount qfinc as arguments. It can be estimated based on a predetermined function. K0 to K4 are fitting constants determined as described later based on typical known multiple regression analysis.
即ち、上記(2)式は、燃焼発生NOx率RNOx_burnを求めるための実験式である。上記(2)式にて推定される燃焼発生NOx率RNOx_burnは、上記下死点時吸気酸素濃度RO2c、上記今回の指令燃料噴射量qfinc、上記今回の指令燃料噴射圧力Pcrc、及び上記最高火炎温度Tflameの関数であって、より具体的には、下死点時吸気酸素濃度RO2cのべき乗、今回の指令燃料噴射量qfincのべき乗、今回の指令燃料噴射圧力Pcrcのべき乗、及び、最高火炎温度Tflameに応じて決定される値を指数とする指数関数、の積に基づいて計算される。 That is, the above equation (2) is an empirical equation for obtaining the combustion-generated NOx rate RNOx_burn. The combustion generation NOx rate RNOx_burn estimated by the above equation (2) is the bottom dead center intake oxygen concentration RO2c, the current command fuel injection amount qfinc, the current command fuel injection pressure Pcrc, and the maximum flame temperature. More specifically, it is a function of Tflame. More specifically, the power of the intake oxygen concentration RO2c at the bottom dead center, the power of the current command fuel injection amount qfinc, the power of the current command fuel injection pressure Pcrc, and the maximum flame temperature Tflame Is calculated on the basis of the product of an exponential function with the value determined according to the exponent.
適合定数K0〜K4は、例えば、以下のような実験を行うことにより決定され得る。即ち、先ず、EGR制御弁52を閉状態に維持して機関10を運転させることで、排気弁Voutから排出された排ガス(従って、同排ガス中のNOx)の総てが排気通路から外部へ排出されるようにしておく。これにより、排気通路から外部へ排出される排ガス中のNOx量(即ち、上記NOx排出量)は上記B領域燃焼発生NOx量NOxBと等しくなるから、NOx排出量を所定のNOx濃度センサの出力に基づいて計測することでB領域燃焼発生NOx量NOxB(従って、燃焼発生NOx率RNOx_burn(=NOxB/qfinc))を計測できるようになる。
The adaptation constants K0 to K4 can be determined by conducting the following experiment, for example. That is, first, by operating the
次に、この状態にて、上記下死点時吸気酸素濃度RO2c、上記今回の指令燃料噴射量qfinc、上記今回の指令燃料噴射圧力Pcrc、及び上記最高火炎温度Tflame(即ち、エンジン回転速度NEと今回の指令燃料噴射量qfinc)の各値の組み合わせを種々の所定パターンになるように順次変更していき、そのパターン毎に、燃焼発生NOx率RNOx_burnを順次計測していく。 Next, in this state, the bottom dead center intake oxygen concentration RO2c, the current command fuel injection amount qfinc, the current command fuel injection pressure Pcrc, and the maximum flame temperature Tflame (that is, the engine rotational speed NE and The combination of each value of the commanded fuel injection amount qfinc) is sequentially changed so as to have various predetermined patterns, and the combustion-generated NOx rate RNOx_burn is sequentially measured for each pattern.
そして、このような作業(実験)の結果得られた上記各値の組み合わせと、計測された燃焼発生NOx率RNOx_burnの値との関係に関する多数のデータに基づいて、上記公知の所定の重回帰分析を行って上記適合定数K0〜K4を求めることができる。ここにおいて、少なくとも、適合定数K1〜K3は正の値に決定され、適合定数K4は負の値に決定される。 And based on many data regarding the relationship between the combination of each said value obtained as a result of such an operation | work (experiment), and the value of the measured combustion generation NOx rate RNOx_burn, the said well-known predetermined multiple regression analysis Can be used to find the adaptation constants K0 to K4. Here, at least the adaptation constants K1 to K3 are determined to be positive values, and the adaptation constant K4 is determined to be a negative value.
従って、上記(2)式から理解できるように、(2)式に従って推定・計算される燃焼発生NOx率RNOx_burn(従って、B領域燃焼発生NOx量NOxB)は、下死点時吸気酸素濃度RO2c、今回の指令燃料噴射量qfinc、今回の指令燃料噴射圧力Pcrc、及び最高火炎温度Tflameのうちのどの値が増加しても増大する。このことは、以下の実際の現象に沿うものである。 Therefore, as can be understood from the above equation (2), the combustion generation NOx rate RNOx_burn (accordingly, the B region combustion generation NOx amount NOxB) estimated and calculated according to the equation (2) is the bottom dead center intake oxygen concentration RO2c, Any value among the current command fuel injection amount qfinc, the current command fuel injection pressure Pcrc, and the maximum flame temperature Tflame increases. This is in line with the following actual phenomenon.
即ち、先ず、吸気酸素濃度RO2_inが増加するとB領域燃焼発生NOx量NOxBが増大する。これは、酸素はNOxを発生させる材料であって燃焼室内の酸素量が多くなると当然にNOxが発生し易くなることに基づく現象である。 That is, first, when the intake oxygen concentration RO2_in increases, the B region combustion generated NOx amount NOxB increases. This is a phenomenon based on the fact that oxygen is a material that generates NOx, and naturally, when the amount of oxygen in the combustion chamber increases, NOx is easily generated.
また、燃料噴射量qfinが増加するとB領域燃焼発生NOx量NOxBが増大する。これは、燃料噴射量qfinの増加に応じて機関10に与えられる負荷の大きさが増大することから、上述した燃焼室の内壁面温度の上昇に起因して、燃料噴射量qfinが増大するほど(即ち、機関に与えられる負荷が増加するほど)NOxが発生し易くなることに基づく現象である。
Further, when the fuel injection amount qfin increases, the B region combustion generated NOx amount NOxB increases. This is because the load applied to the
また、燃料噴射圧力Pcrが増加するとB領域燃焼発生NOx量NOxBが増大する。これは、燃料噴射圧力Pcrの増加に応じて燃料の噴射速度が増大すること等により同燃料の霧化の程度が大きくなるから、上述した空気過剰率の増大に起因して、燃料噴射圧力Pcrが増大するほど(即ち、噴射された燃料の霧化の程度が大きくなるほど)NOxが発生し易くなることに基づく現象である。 Further, when the fuel injection pressure Pcr increases, the B region combustion generated NOx amount NOxB increases. This is because the degree of atomization of the fuel increases due to an increase in the fuel injection speed in accordance with the increase in the fuel injection pressure Pcr. This is a phenomenon based on the fact that NOx is more likely to be generated as the fuel consumption increases (that is, the degree of atomization of the injected fuel increases).
また、最高火炎温度Tflameが増加するとB領域燃焼発生NOx量NOxBが増大する。これは、ガス温度が高くなるほど窒素からNOxが生成される化学反応が促進されることに基づく現象である。以上のことから、上記(2)式に従って燃焼発生NOx率RNOx_burnを計算すれば、少なくとも上記4つの実際の現象に沿うように同燃焼発生NOx率RNOx_burn(従って、上記(1)式に従うB領域燃焼発生NOx量NOxB)を精度良く推定することができる。以上が、NOx発生量推定方法の概要である。 Further, when the maximum flame temperature Tflame increases, the B region combustion generated NOx amount NOxB increases. This is a phenomenon based on the fact that the chemical reaction in which NOx is generated from nitrogen is promoted as the gas temperature increases. From the above, if the combustion-generated NOx rate RNOx_burn is calculated according to the above equation (2), the combustion-generated NOx rate RNOx_burn (accordingly, the B region combustion according to the above equation (1)) along at least the above four actual phenomena The generated NOx amount NOxB) can be estimated with high accuracy. The above is the outline of the NOx generation amount estimation method.
(NOx排出量推定方法の概要)
次に、図2に示したようなEGR装置50を備えた内燃機関10に適用される、本装置が実施する具体的なNOx排出量推定方法について説明していく。このNOx排出量推定方法では、燃料噴射気筒について上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排気通路を介して外部へ排出されることになる排ガス中のNOxの質量(即ち、NOx排出量。実NOx排出量NOxact。)が推定されていく。
(Outline of NOx emission estimation method)
Next, a specific NOx emission amount estimation method implemented by this apparatus, which is applied to the
この方法では、実NOx排出量NOxactを推定するにあたり、燃焼室内に吸入されたNOxの全質量に対する上記燃焼前に上記B領域に存在するNOxの質量の割合(以下、「NOx量割合RatioNOx」と称呼する。)、上記燃焼後に上記A領域内に残存するNOx質量、及び、上記燃焼後に上記B領域内に残存するNOx質量をそれぞれ推定する必要がある。従って、先ず、これらの求め方について図2を参照しながら説明する。 In this method, in estimating the actual NOx emission amount NOxact, the ratio of the mass of NOx existing in the region B before the combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber (hereinafter referred to as “NOx amount ratio RatioNOx”). It is necessary to estimate the NOx mass remaining in the A region after the combustion and the NOx mass remaining in the B region after the combustion. Therefore, first, how to obtain these will be described with reference to FIG.
<NOx量割合RatioNOxの求め方>
燃焼室内に吸入された吸気(筒内ガス)中の酸素分子、NOxを含む各ガスの成分は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するものと仮定する。また、この状態においてB領域内に存在する酸素は総て燃焼により消費されると仮定する。そうすると、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合(以下、「酸素量割合」と称呼する。)は、燃焼室の体積に対するB領域の体積の割合を表すとともに、燃焼室内に吸入されたNOxの全質量に対する、燃焼前にB領域に存在するNOxの質量の割合(従って、上記NOx量割合RatioNOx)をも表すことになる。換言すれば、上記酸素量割合を利用してB領域が推定され得る。
<How to find the NOx amount ratio RatioNOx>
It is assumed that the components of each gas including oxygen molecules and NOx in the intake air (cylinder gas) sucked into the combustion chamber are uniformly distributed over the entire combustion chamber. In this state, it is assumed that all the oxygen present in the region B is consumed by combustion. Then, the ratio of the “mass of oxygen consumed by combustion” to the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” (hereinafter referred to as “oxygen amount ratio”) is the B region relative to the volume of the combustion chamber. In addition to representing the volume ratio, it also represents the ratio of the mass of NOx present in the B region before combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber (therefore, the above-mentioned NOx amount ratio RatioNOx). In other words, the region B can be estimated using the oxygen amount ratio.
従って、NOx量割合RatioNOxを求めるためには上記酸素量割合を求めればよく、このためには、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」と「燃焼により消費される酸素の質量」とを求める必要がある。 Therefore, in order to obtain the NOx amount ratio RatioNOx, the oxygen amount ratio may be obtained. For this purpose, the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” and “the mass of oxygen consumed by combustion” are determined. Need to ask.
ここで、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は、吸入された燃焼室内の総ガス質量(以下、「筒内総ガス量Gcyl」と称呼する。)に、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度を乗じることで求めることができる。筒内総ガス量Gcylは、ATDC-180°における気体の状態方程式に基づく下記(3)式に従って求めることができる。 Here, the “total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” is the total gas mass in the sucked combustion chamber (hereinafter referred to as “total in-cylinder gas amount Gcyl”). It can be obtained by multiplying the oxygen concentration. The in-cylinder total gas amount Gcyl can be obtained according to the following equation (3) based on the gas state equation at ATDC-180 °.
Gcyl=(Pa0・Va0)/(R・Ta0) ・・・(3) Gcyl = (Pa0 ・ Va0) / (R ・ Ta0) (3)
上記(3)式において、Pa0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス圧力である。ATDC-180°において筒内ガス圧力は吸気管圧力Pbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス圧力Pa0は、ATDC-180°において吸気管圧力センサ73により検出される吸気管圧力Pbとして取得することができる。Va0は、ATDC-180°における下死点時燃焼室内容積である。燃焼室内容積Vaは機関10の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数として表すことができるから、この関数に基づいて下死点時燃焼室内容積Va0も求めることができる。Ta0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス温度である。ATDC-180°において筒内ガス温度は吸気温度Tbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス温度Ta0は、ATDC-180°において吸気温センサ72により検出される吸気温度Tbとして取得することができる。Rは筒内ガスのガス定数である。
In the above equation (3), Pa0 is the in-cylinder gas pressure at the bottom dead center at ATDC-180 °. Since the cylinder gas pressure is considered to be substantially equal to the intake pipe pressure Pb at ATDC-180 °, the cylinder gas pressure Pa0 at the bottom dead center is the intake pipe pressure detected by the intake
また、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度は吸気弁Vin閉弁時(即ち、ATDC-180°)における吸気酸素濃度RO2_inと略等しいと考えられるから、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度は、上記(2)式にて使用される下死点時吸気酸素濃度RO2cとして取得することができる。以上より、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は「Gcyl・RO2c」と表すことができる。 In addition, the oxygen concentration of the in-cylinder gas before combustion is considered to be substantially equal to the intake oxygen concentration RO2_in when the intake valve Vin is closed (that is, ATDC-180 °). It can be obtained as the bottom dead center inspiratory oxygen concentration RO2c used in the above equation (2). From the above, “the total mass of oxygen sucked into the combustion chamber” can be expressed as “Gcyl · RO2c”.
一方、「燃焼により消費される酸素の質量」は、噴射された燃料の総て(即ち、前記燃料噴射量qfinの燃料)が理論空燃比stoichをもって完全燃焼するとの仮定のもと、「K・qfinc」と表すことができる。ここで、Kは所定の係数であって、例えば、大気中に含まれる酸素の質量割合0.23に理論空燃比stoich(例えば、14.6)を乗じた値「0.23・stoich」である。qfincは上記(1)式,(2)式と同様、今回の指令燃料噴射量(=qfin)である。以上のことから、NOx量割合RatioNOxは、下記(4)式に従って求めることができる。 On the other hand, “the mass of oxygen consumed by combustion” is calculated based on the assumption that all of the injected fuel (that is, the fuel having the fuel injection amount qfin) is completely burned with the stoichiometric air-fuel ratio stoich. qfinc ". Here, K is a predetermined coefficient, for example, a value “0.23 · stoich” obtained by multiplying the mass ratio 0.23 of oxygen contained in the atmosphere by the stoichiometric air-fuel ratio stoich (for example, 14.6). is there. qfinc is the current command fuel injection amount (= qfin), as in the above equations (1) and (2). From the above, the NOx amount ratio RatioNOx can be obtained according to the following equation (4).
RatioNOx=(K・qfinc)/(Gcyl・RO2c) ・・・(4) RatioNOx = (K ・ qfinc) / (Gcyl ・ RO2c) (4)
<燃焼後にA領域内に残存するNOx質量の求め方>
上述のごとく、本実施例では燃焼室内における燃焼はB領域内でのみ発生し、A領域では燃焼が発生しないと仮定するから、EGR装置50を介して燃焼室内に還流してきたNOx量のうち燃焼前にA領域内に存在するNOxの質量(以下、「A領域還流NOx量NOxA」と称呼する。)は、燃焼後においてもそのままA領域内に保存(保持)されると考えることができる。換言すれば、A領域還流NOx量NOxAは、そのまま「燃焼後にA領域内に残存するNOx質量」となる。
<How to determine the NOx mass remaining in the A region after combustion>
As described above, in this embodiment, it is assumed that the combustion in the combustion chamber occurs only in the B region and no combustion occurs in the A region, so the combustion out of the NOx amount returned to the combustion chamber via the
ここで、燃焼室内に吸入されたNOxの全質量に対する上記燃焼前に上記A領域に存在するNOxの質量の割合は、上記NOx量割合RatioNOxを用いて「1-RatioNOx」と表すことができるから、A領域還流NOx量NOxAは、上記筒内総ガス量Gcylに、燃焼前の筒内ガスのNOx濃度と(1-RatioNOx)とを乗じることで求めることができる。燃焼前の筒内ガスのNOx濃度は吸気中のNOx濃度(吸気NOx濃度RNOx_in)と略等しいと考えられるから、A領域還流NOx量NOxAは、下記(5)式にて表すことができる。 Here, the ratio of the mass of NOx existing in the A region before the combustion to the total mass of NOx sucked into the combustion chamber can be expressed as “1-RatioNOx” using the NOx amount ratio RatioNOx. The A region reflux NOx amount NOxA can be obtained by multiplying the in-cylinder total gas amount Gcyl by the NOx concentration of the in-cylinder gas before combustion and (1-RatioNOx). Since the NOx concentration of the in-cylinder gas before combustion is considered to be substantially equal to the NOx concentration in the intake air (intake NOx concentration RNOx_in), the A-region recirculation NOx amount NOxA can be expressed by the following equation (5).
NOxA=RNOx_in・(1-RatioNOx)・Gcyl ・・・(5) NOxA = RNOx_in ・ (1-RatioNOx) ・ Gcyl (5)
上記(5)式において、吸気NOx濃度RNOx_inは、上記筒内総ガス量Gcylに対する、EGR装置50から還流されてきたEGRガス中のNOx質量の質量割合である。EGRガス中のNOx濃度は前回(の燃料噴射時期に)演算された後述する排気NOx濃度RNOx_exと等しいと仮定すると、吸気NOx濃度RNOx_inは下記(6)式に従って求めることができる。
In the above equation (5), the intake NOx concentration RNOx_in is the mass ratio of the NOx mass in the EGR gas recirculated from the
RNOx_in=(RNOx_ex・Gegr)/Gcyl ・・・(6) RNOx_in = (RNOx_ex · Gegr) / Gcyl (6)
上記(6)式において、Gegrは今回の吸気行程で吸気の一部としてEGR装置50から燃焼室内に吸入されてきたEGRガスの質量であって、下記(7)式に従って取得され得る。
In the above equation (6), Gegr is the mass of the EGR gas that has been sucked into the combustion chamber from the
Gegr=Gcyl-Gm ・・・(7) Gegr = Gcyl-Gm (7)
上記(7)式において、Gmは今回の吸気行程で吸気管32の先端部から吸気の一部として燃焼室内に吸入された新気の質量(吸入新気量)であって、エアフローメータ71により計測される単位時間あたりの吸入新気量(吸入新気流量Ga)と、クランクポジションセンサ74の出力に基づくエンジン回転速度NEと、吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEを引数とする一吸気行程あたりの吸入新気量を求めるための関数f(Ga,NE)とに基づいて計算される。吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEとしては、ATDC-180°において各センサにより取得される下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0がそれぞれ使用される。以上のように、A領域還流NOx量NOxA、従って、「燃焼後にA領域内に残存するNOx質量」は上記(5)式に従って求めることができる。
In the above equation (7), Gm is the mass of fresh air (intake fresh air amount) taken into the combustion chamber as a part of the intake air from the front end of the
<燃焼後にB領域内に残存するNOx質量の求め方>
燃焼後においてはB領域において、上記(1)式、(2)式により推定される上記B領域燃焼発生NOx量NOxBが発生する。そして、この推定されたB領域燃焼発生NOx量NOxBは、そのまま「燃焼後にB領域内に残存するNOx質量」に略一致し得ると考えることができる。従って、「燃焼後にB領域内に残存するNOx質量」は、上記(1)式、(2)式に従って推定されるB領域燃焼発生NOx量NOxBとして求めることができる。
<How to determine the NOx mass remaining in the B region after combustion>
After combustion, the B region combustion generated NOx amount NOxB estimated by the equations (1) and (2) is generated in the B region. Then, it can be considered that this estimated B region combustion generated NOx amount NOxB can be substantially coincident with “the NOx mass remaining in the B region after combustion” as it is. Accordingly, the “NOx mass remaining in the B region after combustion” can be obtained as the B region combustion generated NOx amount NOxB estimated according to the above equations (1) and (2).
このようにして、「燃焼後にA領域内に残存するNOx質量」であるA領域還流NOx量NOxA、及び、「燃焼後にB領域内に残存するNOx質量」であるB領域燃焼発生NOx量NOxBが求められると、燃焼後に燃焼室内に残存するNOxの全質量は「NOxA+NOxB」として求めることができる。また、燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量は、「Gcyl+qfinc」と表すことができる。 In this way, the A region recirculation NOx amount NOxA which is “NOx mass remaining in the A region after combustion” and the B region combustion generation NOx amount NOxB which is “NOx mass remaining in the B region after combustion” are obtained. When obtained, the total mass of NOx remaining in the combustion chamber after combustion can be obtained as “NOxA + NOxB”. Further, the total mass of gas remaining in the combustion chamber after combustion can be expressed as “Gcyl + qfinc”.
従って、排気行程において燃焼室から排気弁Voutを介して排気通路(排気マニホールド41)に排出される排ガス中のNOx濃度(排気NOx濃度RNOx_ex)は、「燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量」に対する、「燃焼後に燃焼室内に残存するNOxの全質量」の質量割合であって、下記(8)式に従って求めることができる。 Therefore, the NOx concentration (exhaust NOx concentration RNOx_ex) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage (exhaust manifold 41) through the exhaust valve Vout in the exhaust stroke is “total mass of gas remaining in the combustion chamber after combustion”. The mass ratio of “the total mass of NOx remaining in the combustion chamber after combustion” can be calculated according to the following equation (8).
RNOx_ex=(NOxA+NOxB)/(Gcyl+qfinc) ・・・(8) RNOx_ex = (NOxA + NOxB) / (Gcyl + qfinc) (8)
上記(8)式に従って求められる排気NOx濃度RNOx_exの前回値は、排気通路(排気マニホールド41)を流れる排ガス中のNOx濃度が排気還流管51内を流れるEGRガス中のNOx濃度に等しいとの仮定のもと、前述のごとく、上記吸気NOx濃度RNOx_in(の
今回値)を求める際に上記(6)式にて使用される。
The previous value of the exhaust NOx concentration RNOx_ex obtained in accordance with the above equation (8) is assumed that the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage (exhaust manifold 41) is equal to the NOx concentration in the EGR gas flowing through the exhaust
また、排気通路(排気マニホールド41、及び排気管42)を流れる排ガス中のNOx濃度は同排気通路全域に渡って一定であると仮定すると、上記排気NOx濃度RNOx_exの値は、排気通路(具体的には、排気管42の端部)から外部に排出される際の排ガス中のNOx濃度と等しくなる。
Further, assuming that the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage (the
更には、通常の機関10の運転状態(特に、定常運転状態)においては、排気通路(排気管42)から外部へ排出される一作動サイクル(一排気行程)あたりの排ガスの質量は上記吸入新気量Gmと略等しくなる。以上のことから、排気通路を介して外部へ排出される排ガス中の一作動サイクルあたりのNOxの質量(上記実NOx排出量NOxact)は、下記(9)式に従って求めることができる。これにより、EGRガス量Gegrが増加すると吸入新気量Gmが減少することで実NOx排出量NOxactが低下することになる。従って、EGRガス量Gegrが増加すると実NOx排出量NOxactが低下するという現象が的確に表され得る。 Furthermore, in the normal operating state of the engine 10 (particularly in the steady operating state), the mass of exhaust gas per one operating cycle (one exhaust stroke) discharged from the exhaust passage (exhaust pipe 42) to the outside is the above-described intake new value. It becomes almost equal to the volume Gm. From the above, the mass of NOx (the actual NOx emission amount NOxact) per operating cycle in the exhaust gas discharged to the outside through the exhaust passage can be obtained according to the following equation (9). As a result, when the EGR gas amount Gegr increases, the intake fresh air amount Gm decreases, so that the actual NOx emission amount NOxact decreases. Therefore, the phenomenon that the actual NOx emission amount NOxact decreases as the EGR gas amount Gegr increases can be accurately represented.
NOxact=RNOx_ex・Gm ・・・(9) NOxact = RNOx_ex · Gm (9)
以上、(1)〜(9)式を利用して、本装置は、燃料噴射気筒についての上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排出されることになるNOxの質量、即ち実NOx排出量NOxactを推定する。以上が、NOx排出量推定方法の概要である。 As described above, using the formulas (1) to (9), the present device is configured so that every time the final fuel injection timing finjfin for the fuel injection cylinder arrives, the exhaust valve Vout of the fuel injection cylinder in the immediately following exhaust stroke The mass of NOx to be discharged from the fuel, that is, the actual NOx emission amount NOxact is estimated. The above is the outline of the NOx emission estimation method.
(燃料噴射制御の概要)
上記NOx排出量推定方法を実施する本装置は、一作動サイクルあたりの目標NOx排出量NOxtを、上記燃料噴射量qfinとエンジン回転速度NEとに基づいて逐次計算する。そして、本装置は、前回推定された実NOx排出量NOxactが目標NOx排出量NOxtに一致するように、最終燃料噴射開始時期finjfin、及びEGR制御弁52の開度をフィードバック制御する。
(Overview of fuel injection control)
The present apparatus that performs the NOx emission amount estimation method sequentially calculates the target NOx emission amount NOxt per operation cycle based on the fuel injection amount qfin and the engine rotational speed NE. Then, this apparatus performs feedback control on the final fuel injection start timing finjfin and the opening degree of the
具体的には、前回推定された上記実NOx排出量NOxactの値が上記目標NOx排出量NOxtよりも大きいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ遅らせ、且つ、EGR制御弁52の開度を現時点での値から所定開度だけ大きくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が低くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実NOx排出量NOxactが上記目標NOx排出量NOxtに一致せしめられる。
Specifically, when the value of the actual NOx emission amount NOxact estimated previously is larger than the target NOx emission amount NOxt, the final fuel injection start timing finjfin for the current fuel injection cylinder is set to be greater than the basic fuel injection timing finjbase. The opening of the
一方、前回推定された上記実NOx排出量NOxactの値が上記目標NOx排出量NOxtよりも小さいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ早め、且つ、EGR制御弁52の開度を現時点での値から所定開度だけ小さくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が高くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実NOx排出量NOxactが上記目標NOx排出量NOxtに一致せしめられる。以上が、燃料噴射制御の概要である。
On the other hand, when the value of the actual NOx emission amount NOxact estimated previously is smaller than the target NOx emission amount NOxt, the final fuel injection start timing finjfin for the current fuel injection cylinder is set by a predetermined amount from the basic fuel injection timing finjbase. The opening degree of the
(燃焼発生NOx率RNOx_burnの実際の演算方法)
上記(2)式に従って燃焼発生NOx率RNOx_burnを演算するためには、「べき乗」の演算、及び「掛け算」の演算が必要となる。しかしながら、一般に、マイクロコンピュータを使用して「べき乗」の演算を実行すると計算負荷が増大し、同マイクロコンピュータを使用して「掛け算」の演算を実行すると計算精度が低下する傾向がある。よって、「べき乗」の演算、及び「掛け算」の演算を避けるため、本装置(CPU61)は、実際には、上記(2)式において両辺の自然対数をとることで得られる下記(10)式を利用して、テーブル検索と「足し算」の演算のみで燃焼発生NOx率RNOx_burnを計算する。
(Actual calculation method of combustion-generated NOx rate RNOx_burn)
In order to calculate the combustion-generated NOx rate RNOx_burn according to the above equation (2), calculation of “power” and calculation of “multiplication” are required. However, generally, when a “power” operation is performed using a microcomputer, the calculation load increases, and when a “multiplication” operation is performed using the microcomputer, the calculation accuracy tends to decrease. Therefore, in order to avoid the operation of “power” and the operation of “multiplication”, this apparatus (CPU 61) actually obtains the following equation (10) obtained by taking the natural logarithm of both sides in the above equation (2). Is used to calculate the combustion-generated NOx rate RNOx_burn only by the table search and the “addition” operation.
log(RNOx_burn)=K0+K1・log(RO2c)+K2・log(qfinc)+K3・log(Pcrc)+K4/Tflame ・・・(10) log (RNOx_burn) = K0 + K1 · log (RO2c) + K2 · log (qfinc) + K3 · log (Pcrc) + K4 / Tflame (10)
即ち、本装置は、上記(10)式の右辺の第2項〜第5項までの各項を求めるために予めROM62にそれぞれ記憶されているテーブルMaplog1(RO2c)、Maplog2(qfinc)、Maplog3(Pcrc)、及びMapinvpro(Tflame)に基づいて、テーブル検索値dataMap1(=K1・log(RO2c))、dataMap2(=K2・log(qfinc))、dataMap3(=K3・log(Pcrc))、及びdataMap4(=K4/Tflame)をそれぞれ決定し、「足し算」を伴う下記(11)式に従って「log(RNOx_burn)」を求める。
In other words, this apparatus uses the tables Maplog1 (RO2c), Maplog2 (qfinc), Maplog3 () stored in advance in the
log(RNOx_burn)=K0+dataMap1+dataMap2+dataMap3+dataMap4 ・・・(11) log (RNOx_burn) = K0 + dataMap1 + dataMap2 + dataMap3 + dataMap4 (11)
そして、本装置は、上記(11)式に従って求められた「log(RNOx_burn)」から燃焼発生NOx率RNOx_burnを求めるために予めROM62に記憶されているテーブルMapinvlog(log(RNOx_burn))に基づいて同燃料発生NOx率RNOx_burnを求める。これにより、CPU61の計算負荷を軽減できるとともに計算精度の低下を防止できる。
Then, this apparatus is based on the table Mapinvlog (log (RNOx_burn)) stored in advance in the
(実際の作動)
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の実際の作動について説明する。
<燃料噴射量等の制御>
CPU61は、図3にフローチャートにより示した燃料噴射量等の制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ300から処理を開始し、ステップ305に進んでアクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図4に示したテーブル(マップ)Mapqfinから(指令)燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
(Actual operation)
Next, actual operation of the control apparatus for an internal combustion engine configured as described above will be described.
<Control of fuel injection amount, etc.>
The
次いで、CPU61はステップ310に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図5に示したテーブルMapfinjbaseから基本燃料噴射時期finjbaseを決定する。テーブルMapfinjbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射時期finjbaseとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
その後、CPU61はステップ315に進んで、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図6に示したテーブルMapPcrbaseから基本燃料噴射圧力Pcrbaseを決定する。テーブルMapPcrbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射圧力Pcrbaseとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Thereafter, the
次に、CPU61はステップ320に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図7に示したテーブルMapNOxtから目標NOx排出量NOxtを決定する。テーブルMapNOxtは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと目標NOx排出量NOxtとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
次いで、CPU61はステップ325に進んで、前記決定した目標NOx排出量NOxtから後述するルーチンにより求められている最新の(具体的には、前回の燃料噴射時期に演算された)実NOx排出量NOxactを減じた値をNOx排出量偏差ΔNOxとして格納する。
Next, the
続いて、CPU61はステップ330に進んで、噴射時期補正値Δθを、前記NOx排出量偏差ΔNOxと図8に示したテーブルMapΔθとから決定する。テーブルMapΔθは、NOx排出量偏差ΔNOxと噴射時期補正値Δθとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Subsequently, the
次いで、CPU61はステップ335に進み、基本噴射時期finjbaseを噴射時期補正値Δθで補正して最終燃料噴射時期finjfinを決定する。これにより、NOx排出量偏差ΔNOxに応じて噴射時期が補正されることになる。この場合、図8から明らかなように、NOx排出量偏差ΔNOxが正の大きい値になるほど噴射時期補正値Δθが正の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが進角側となり、同NOx排出量偏差ΔNOxが負の大きい値(絶対値が大きい値)になるほど噴射時期補正値Δθは負の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが遅角側に移行される。
Next, the
続いて、CPU61はステップ340に進み、燃料噴射気筒についての噴射開始時期(即ち、上記決定された最終燃料噴射時期finjfin)が到来したか否かを判定し、「No」と判定する場合はステップ395に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
Subsequently, the
一方、ステップ340の判定において「Yes」と判定する場合、CPU61はステップ345に進んで上記決定された(指令)燃料噴射量qfinの燃料を燃料噴射気筒についての燃料噴射弁21から上記決定された基本燃料噴射圧力Pcrbaseをもって噴射するとともに、続くステップ350にて上記NOx排出量偏差ΔNOxが正の値であるか否かを判定し、「Yes」と判定する場合、ステップ355に進んでEGR制御弁52の開度を現時点での値よりも所定開度だけ小さくした後、ステップ370に進む。
On the other hand, if the determination in
ステップ350の判定において「No」と判定する場合、CPU61はステップ360に進み、上記NOx排出量偏差ΔNOxが負の値であるか否かを判定する。ステップ360の判定において、CPU61は「Yes」と判定する場合、EGR制御弁52の開度を現時点での値よりも所定開度だけ大きくした後にステップ370に進む一方、「No」と判定する場合(即ち、NOx排出量偏差ΔNOxの値が「0」のとき)、EGR制御弁52の開度を変更することなくステップ370に進む。
If the determination in
このようにして、NOx排出量偏差ΔNOxに応じてEGR制御弁52の開度が変更される。そして、ステップ370に進むと、CPU61は実際に噴射した上記燃料噴射量qfinの値を今回の燃料噴射量qfincとして格納し、続くステップ375にて実際の噴射圧力である上記基本燃料噴射圧力Pcrbaseの値を今回の燃料噴射圧力Pcrcとして格納した後、ステップ395に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、及びEGR制御弁52の開度の制御が達成される。
In this way, the opening degree of the
<NOx排出量の計算>
また、CPU61は、図9にフローチャートにより示した実NOx排出量NOxactの計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで現時点がATDC-180°に一致しているか否かを判定する。
<Calculation of NOx emissions>
In addition, the
いま、現時点がATDC-180°より前であるものとして説明を続けると、CPU61はステップ905にて「No」と判定してステップ935に直ちに進み、燃料噴射気筒についての燃料噴射開始時期(即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin)が到来したか否かを判定する。現時点はATDC-180°よりも前であるから、CPU61はステップ935にて「No」と判定し、ステップ995に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
Now, assuming that the current time is before ATDC-180 °, the
以降、CPU61はATDC-180°が到来するまでの間、ステップ900、905、935、995の処理を繰り返し実行する。そして、ATDC-180°が到来すると、CPU61はステップ905に進んだとき「Yes」と判定してステップ910に進むようになり、ステップ910にて、吸気温センサ72、吸気管圧力センサ73、エアフローメータ71、及びクランクポジションセンサ74によりそれぞれ検出される現時点(即ち、ATDC-180°)での吸気温度Tb、吸気管圧力Pb、吸入新気流量Ga、及びエンジン回転速度NEを、それぞれ、下死点時筒内ガス温度Ta0、下死点時筒内ガス圧力Pa0、下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0として格納する。
Thereafter, the
次いで、CPU61はステップ915に進み、吸気酸素濃度センサ76により検出される現時点(即ち、ATDC-180°)での吸気酸素濃度RO2_inを下死点時吸気酸素濃度RO2cとして格納し、続くステップ920にて、上記(1)式に従って筒内総ガス量Gcylを求める。ここで、下死点時筒内ガス圧力Pa0、及び下死点時筒内ガス温度Ta0としては、ステップ910にて格納されている値が用いられる。
Next, the
続いて、CPU61はステップ925に進んで、上記下死点時吸入新気流量Ga0と、上記下死点時エンジン回転速度NE0と、上記関数fとに基づいて吸入新気量Gmを求め、続くステップ930にて、ステップ920にて求めた筒内総ガス量Gcylと、前記吸入新気量Gmと、上記(5)式とに基づいてEGRガス量Gegrを求める。そして、CPU61はステップ935に進んで「No」と判定してステップ995に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
Subsequently, the
以降、CPU61は燃料噴射時期(即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin)が到来するまでの間、ステップ900、905、935、995の処理を再び繰り返し実行する。そして、上記最終燃料噴射時期finjfinが到来すると、CPU61はステップ935にて「Yes」と判定してステップ940に進むようになり、ステップ940にて上記(6)式に従って吸気NOx濃度RNOx_inを求める。ここで、EGRガス量Gegr、及び筒内総ガス量Gcylとして、ステップ930、及びステップ920にて求められた値がそれぞれ使用される。排気NOx濃度RNOx_exとしては、前回の燃料噴射開始時期において後述するステップ965にて求められている値が使用される。
Thereafter, the
続いて、CPU61はステップ945に進んで、上記(4)式、及び上記(5)式に相当するステップ945内に記載の式に基づいてA領域還流NOx量NOxAを求める。ここで、今回の燃料噴射量qfincとしては、図3のステップ370にて格納されている最新の値が使用される。次に、CPU61はステップ950を経由して図10のステップ1000に進み、燃焼発生NOx率RNOx_burnの計算を行うための処理を開始する。
Subsequently, the
即ち、CPU61はステップ1000からステップ1005に進むと、先ず、現時点でのエンジン回転速度NE、前記今回の燃料噴射量qfincと、及び最高火炎温度Tflameを求めるためのステップ1005内に記載されたテーブルと、に基づいて最高火炎温度Tflameを推定・決定する。
That is, when the
次に、CPU61はステップ1010に進んで図9のステップ915にて求められている下死点時吸気酸素濃度RO2cの最新値と前記テーブルMaplog1とに基づいて前記テーブル検索値dataMap1(=K1・log(RO2c))を求める。
Next, the
同様に、CPU61はステップ1015に進んで図3のステップ370にて格納されている今回の燃料噴射量qfincと前記テーブルMaplog2とに基づいて前記テーブル検索値dataMap2(=K2・log(qfinc))を求め、続くステップ1020にて図3のステップ375にて格納されている今回の燃料噴射圧力Pcrcと前記テーブルMaplog3とに基づいて前記テーブル検索値dataMap3(=K3・log(Pcrc))を求め、続くステップ1025にてステップ1005にて求めた最新の最高火炎温度Tflameと前記テーブルMapinvproとに基づいて前記テーブル検索値dataMap4(=K4/Tflame)を求める。
Similarly, the
次いで、CPU61はステップ1030に進んで、上記(11)式に従って「log(RNOx_burn)」を求め、続くステップ1035にて、同log(RNOx_burn)と前記テーブルMapinvlogとに基づいて燃焼発生NOx率RNOx_burnを求めた後、ステップ1095を経由して、図9のステップ955に進む。
Next, the
CPU61はステップ955に進むと、上記(1)式に従ってB領域燃焼発生NOx量NOxBを求める。次いで、CPU61はステップ960に進んで、上記(8)式に従って排気NOx濃度RNOx_exを求めるとともに、続くステップ965にて上記(9)式に従って実NOx排出量NOxactを求め、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、CPU61は次の燃料噴射気筒についてのATDC-180°が到来するまでの間、ステップ900、905、935、995の処理を繰り返し実行する。
When the
以上のようにして、新たな実NOx排出量NOxactが燃料噴射開始時期が到来する毎に求められていく。そして、この新たな実NOx排出量NOxactは、前述のごとく、図3のステップ325にて使用され、この結果、次の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfin、及びEGR制御弁52の開度が同新たな実NOx排出量NOxactに基づいてフィードバック制御されていく。
As described above, a new actual NOx emission amount NOxact is obtained every time the fuel injection start timing comes. This new actual NOx emission amount NOxact is used in
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関のNOx発生量推定方法によれば、燃焼領域(B領域)において燃焼により発生するNOx発生量(B領域燃焼発生NOx量NOxB)に大きく影響を与える4つの周辺状態量、即ち、NOxを発生させる材料となる吸気中のガスの濃度(吸気酸素濃度RO2c)と、機関に与えられる負荷の程度を表す負荷指標値(燃料噴射量qfinc)と、燃焼室内の燃料の霧化の程度を表す霧化指標値(燃料噴射圧力Pcrc)と、及び最高火炎温度Tflameと、に基づいて同B領域燃焼発生NOx量NOxBを推定する。従って、上記4つの周辺状態量とB領域燃焼発生NOx量NOxBとの間における実際の関係に沿うように、B領域燃焼発生NOx量NOxBを精度良く推定することができた。 As described above, according to the NOx generation amount estimation method for the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, the NOx generation amount (B region combustion generation NOx amount NOxB) generated by the combustion in the combustion region (B region). Four ambient state quantities that have a large impact, that is, the concentration of gas in the intake air (intake oxygen concentration RO2c), which is the material that generates NOx, and the load index value (fuel injection amount qfinc) indicating the degree of load applied to the engine ), An atomization index value (fuel injection pressure Pcrc) representing the degree of fuel atomization in the combustion chamber, and the maximum flame temperature Tflame, the NOx amount NOxB generated in the B region is estimated. Therefore, the B region combustion generation NOx amount NOxB can be accurately estimated so as to follow the actual relationship between the four peripheral state quantities and the B region combustion generation NOx amount NOxB.
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、機関に与えられる負荷の程度を表す負荷指標値として燃料噴射量qfincを採用しているが、同負荷指標値として所謂機関の出力トルクを採用してもよい。また、負荷指標値として、燃焼室の内壁面の温度を採用してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the fuel injection amount qfinc is used as a load index value representing the degree of load applied to the engine, but so-called engine output torque may be used as the load index value. Further, the temperature of the inner wall surface of the combustion chamber may be adopted as the load index value.
また、上記実施形態においては、燃焼室内の霧化の程度を表す霧化指標値として燃料噴射圧力Pcrcを採用しているが、同霧化指標値として所謂スワール比を採用してもよい。また、霧化指標値として燃焼領域(B領域)における空気過剰率を採用してもよい。 In the above embodiment, the fuel injection pressure Pcrc is employed as the atomization index value representing the degree of atomization in the combustion chamber, but a so-called swirl ratio may be employed as the atomization index value. Moreover, you may employ | adopt the excess air ratio in a combustion area | region (B area | region) as an atomization index value.
また、上記実施形態においては、エンジン回転速度NEと燃料噴射量qfincとに基づいて最高火炎温度Tflameを推定しているが、エンジン回転速度NEと、機関の出力トルクとに基づいて最高火炎温度Tflameを推定してもよい。 In the above embodiment, the maximum flame temperature Tflame is estimated based on the engine rotation speed NE and the fuel injection amount qfinc. However, the maximum flame temperature Tflame is calculated based on the engine rotation speed NE and the engine output torque. May be estimated.
21…燃料噴射弁、22…燃料噴射用ポンプ、31…吸気マニホールド、32…吸気管、41…排気マニホールド、42…排気管、50…EGR装置、52…EGR制御弁、60…電気制御装置、61…CPU、71…エアフローメータ、72…吸気温センサ、73…吸気管圧力センサ、74…クランクポジションセンサ、76…吸気酸素濃度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記周辺状態量としての、前記機関に与えられる負荷の程度を表す負荷指標値に少なくとも基づいて前記燃焼発生NOx量を推定する内燃機関のNOx発生量推定方法。 The method for estimating the amount of NOx generated in an internal combustion engine according to claim 1,
An internal combustion engine NOx generation amount estimation method for estimating the combustion generation NOx amount based at least on a load index value representing a degree of load applied to the engine as the peripheral state quantity.
前記周辺状態量としての、前記燃焼室内の燃料の霧化の程度を表す霧化指標値に少なくとも基づいて前記燃焼発生NOx量を推定する内燃機関のNOx発生量推定方法。 In the internal combustion engine NOx generation amount estimation method according to claim 1 or 2,
A NOx generation amount estimation method for an internal combustion engine that estimates the combustion generation NOx amount based at least on an atomization index value representing a degree of atomization of fuel in the combustion chamber as the peripheral state amount.
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のNOx発生量推定方法により前記燃焼領域内にて前記混合気の燃焼により発生する前記燃焼発生NOx量を推定し、
前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるNOx量を推定するとともに、
前記燃焼発生NOx量と、前記非燃焼領域内におけるNOx量とに基づいて、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のNOx量を推定する内燃機関のNOx排出量推定方法。
Estimating the combustion region, which is the region where combustion of the air-fuel mixture containing fuel and air occurs in the combustion chamber of the internal combustion engine,
The NOx generation amount estimation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion generation NOx amount generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion region is estimated,
Estimating the amount of NOx in a non-combustion region that is a region excluding the combustion region in the combustion chamber;
An internal combustion engine NOx emission amount estimation method for estimating an NOx amount in exhaust gas discharged from the exhaust passage to the outside based on the combustion-generated NOx amount and the NOx amount in the non-combustion region.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003376459A JP3861869B2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | NOx generation amount estimation method for internal combustion engine |
EP04024927A EP1529941B1 (en) | 2003-11-06 | 2004-10-20 | NOx generation quantity estimation method for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003376459A JP3861869B2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | NOx generation amount estimation method for internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005139984A true JP2005139984A (en) | 2005-06-02 |
JP3861869B2 JP3861869B2 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=34431294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003376459A Expired - Fee Related JP3861869B2 (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | NOx generation amount estimation method for internal combustion engine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1529941B1 (en) |
JP (1) | JP3861869B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009130950A1 (en) * | 2008-04-23 | 2009-10-29 | ヤンマー株式会社 | Gas engine |
JP2011117392A (en) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Toyota Motor Corp | Fuel property determining apparatus for internal combustion |
JP2013107631A (en) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | IFP Energies Nouvelles | Transition state control method of hybrid drive unit for vehicle |
JP5221645B2 (en) * | 2009-09-03 | 2013-06-26 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
WO2014076845A1 (en) | 2012-11-19 | 2014-05-22 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
CN104121080A (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 万国引擎知识产权有限责任公司 | NOx model |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102192019A (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-21 | 通用汽车环球科技运作公司 | System and method for estimating combustion temperature of engine management system |
US9677493B2 (en) | 2011-09-19 | 2017-06-13 | Honeywell Spol, S.R.O. | Coordinated engine and emissions control system |
US9650934B2 (en) | 2011-11-04 | 2017-05-16 | Honeywell spol.s.r.o. | Engine and aftertreatment optimization system |
US20130111905A1 (en) | 2011-11-04 | 2013-05-09 | Honeywell Spol. S.R.O. | Integrated optimization and control of an engine and aftertreatment system |
DE102014210841A1 (en) * | 2014-06-06 | 2015-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining a nitrogen oxide emission during operation of an internal combustion engine |
EP3051367B1 (en) | 2015-01-28 | 2020-11-25 | Honeywell spol s.r.o. | An approach and system for handling constraints for measured disturbances with uncertain preview |
EP3056706A1 (en) | 2015-02-16 | 2016-08-17 | Honeywell International Inc. | An approach for aftertreatment system modeling and model identification |
EP3091212A1 (en) | 2015-05-06 | 2016-11-09 | Honeywell International Inc. | An identification approach for internal combustion engine mean value models |
EP3734375B1 (en) | 2015-07-31 | 2023-04-05 | Garrett Transportation I Inc. | Quadratic program solver for mpc using variable ordering |
US10272779B2 (en) | 2015-08-05 | 2019-04-30 | Garrett Transportation I Inc. | System and approach for dynamic vehicle speed optimization |
KR101734710B1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-05-11 | 현대자동차주식회사 | A method for preventing to regenerate dpf frequently using a method for analyzing driving pattern of vehicle |
US10415492B2 (en) | 2016-01-29 | 2019-09-17 | Garrett Transportation I Inc. | Engine system with inferential sensor |
US10124750B2 (en) | 2016-04-26 | 2018-11-13 | Honeywell International Inc. | Vehicle security module system |
US10036338B2 (en) | 2016-04-26 | 2018-07-31 | Honeywell International Inc. | Condition-based powertrain control system |
EP3548729B1 (en) | 2016-11-29 | 2023-02-22 | Garrett Transportation I Inc. | An inferential flow sensor |
US11057213B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-07-06 | Garrett Transportation I, Inc. | Authentication system for electronic control unit on a bus |
CN114542252A (en) * | 2022-04-26 | 2022-05-27 | 潍柴动力股份有限公司 | Engine emission control method and device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5591745A (en) * | 1978-12-28 | 1980-07-11 | Nissan Motor Co Ltd | Controlling device for air-fuel ratio of internal conbustion engine |
DE19607151C1 (en) * | 1996-02-26 | 1997-07-10 | Siemens Ag | Regeneration of nitrogen oxide storage catalyst |
DE19739848A1 (en) * | 1997-09-11 | 1999-03-18 | Bosch Gmbh Robert | Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle |
DE19851319C2 (en) * | 1998-11-06 | 2003-03-20 | Siemens Ag | Method for determining the raw NOx emission of an internal combustion engine that can be operated with excess air |
-
2003
- 2003-11-06 JP JP2003376459A patent/JP3861869B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-10-20 EP EP04024927A patent/EP1529941B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009130950A1 (en) * | 2008-04-23 | 2009-10-29 | ヤンマー株式会社 | Gas engine |
JP2009264176A (en) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Yanmar Co Ltd | Gas engine control device |
CN102016267A (en) * | 2008-04-23 | 2011-04-13 | 洋马株式会社 | Gas engine |
JP5221645B2 (en) * | 2009-09-03 | 2013-06-26 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
US8560213B2 (en) | 2009-09-03 | 2013-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas recirculation device of engine |
JP2011117392A (en) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Toyota Motor Corp | Fuel property determining apparatus for internal combustion |
JP2013107631A (en) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | IFP Energies Nouvelles | Transition state control method of hybrid drive unit for vehicle |
WO2014076845A1 (en) | 2012-11-19 | 2014-05-22 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
CN104121080A (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 万国引擎知识产权有限责任公司 | NOx model |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1529941B1 (en) | 2011-11-23 |
EP1529941A2 (en) | 2005-05-11 |
JP3861869B2 (en) | 2006-12-27 |
EP1529941A3 (en) | 2010-08-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3925485B2 (en) | NOx emission estimation method for internal combustion engine | |
JP3861869B2 (en) | NOx generation amount estimation method for internal combustion engine | |
JP4126560B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP3861046B2 (en) | EGR gas flow rate estimation device for internal combustion engine | |
JP3751930B2 (en) | EGR gas temperature estimation device for internal combustion engine | |
JP3904076B2 (en) | EGR control device for internal combustion engine | |
RU2616727C2 (en) | Engine operating process (versions) and system | |
JP4424242B2 (en) | Mixture state estimation device and emission generation amount estimation device for internal combustion engine | |
JP5549784B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP3956137B2 (en) | Method for estimating the temperature of an air-fuel mixture in an internal combustion engine | |
JP3965584B2 (en) | Method for estimating combustion temperature of internal combustion engine | |
JPH11182297A (en) | Combustion switching control device for internal combustion engine | |
JP5240417B2 (en) | Diffusion combustion start timing estimation device and diffusion combustion start timing control device for internal combustion engine | |
JP4862735B2 (en) | Fuel injection amount control device for internal combustion engine | |
JP2005226460A (en) | Air-fuel mixture concentration estimating method of internal combustion engine | |
JP2005180219A (en) | Method of learning nox generation amount estimation model for internal combustion engine | |
JP5171740B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2005090401A (en) | Injection fuel arrival position estimating method and fuel injection control method of internal combustion engine | |
JP4196798B2 (en) | In-cylinder gas temperature estimation method and cylinder gas pressure estimation method for internal combustion engine | |
JP2010127219A (en) | Fuel control device of diesel engine | |
JP2004150376A (en) | Gas temperature estimating device for internal combustion engine | |
JP2005233016A (en) | Control device of internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060608 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060620 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060811 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060905 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060918 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131006 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |